[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP7011051B2 - Methods and equipment to identify valid or invalid channels - Google Patents

Methods and equipment to identify valid or invalid channels Download PDF

Info

Publication number
JP7011051B2
JP7011051B2 JP2020515329A JP2020515329A JP7011051B2 JP 7011051 B2 JP7011051 B2 JP 7011051B2 JP 2020515329 A JP2020515329 A JP 2020515329A JP 2020515329 A JP2020515329 A JP 2020515329A JP 7011051 B2 JP7011051 B2 JP 7011051B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
flow path
fluid
porous body
isobaric
effective
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2020515329A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPWO2019207629A1 (en
Inventor
真吾 惣川
柚希 岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
Publication of JPWO2019207629A1 publication Critical patent/JPWO2019207629A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7011051B2 publication Critical patent/JP7011051B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/08Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
    • G01N15/082Investigating permeability by forcing a fluid through a sample
    • G01N15/0826Investigating permeability by forcing a fluid through a sample and measuring fluid flow rate, i.e. permeation rate or pressure change
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • C04B38/0006Honeycomb structures
    • C04B38/0009Honeycomb structures characterised by features relating to the cell walls, e.g. wall thickness or distribution of pores in the walls
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • C04B38/0006Honeycomb structures
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/08Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/02Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/04Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material
    • G01N23/046Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material using tomography, e.g. computed tomography [CT]
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/02Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/06Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and measuring the absorption
    • G01N23/083Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and measuring the absorption the radiation being X-rays
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2273/00Operation of filters specially adapted for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D2273/18Testing of filters, filter elements, sealings
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D46/00Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/24Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies
    • B01D46/2403Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies characterised by the physical shape or structure of the filtering element
    • B01D46/2418Honeycomb filters
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/08Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
    • G01N2015/084Testing filters
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/08Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
    • G01N2015/0846Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials by use of radiation, e.g. transmitted or reflected light
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/03Investigating materials by wave or particle radiation by transmission
    • G01N2223/04Investigating materials by wave or particle radiation by transmission and measuring absorption
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/40Imaging
    • G01N2223/419Imaging computed tomograph
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/60Specific applications or type of materials
    • G01N2223/649Specific applications or type of materials porosity

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Pulmonology (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Porous Artificial Stone Or Porous Ceramic Products (AREA)
  • Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)
  • Indicating Or Recording The Presence, Absence, Or Direction Of Movement (AREA)
  • Filtering Materials (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Description

本開示は、有効又は無効流路を特定する方法及び装置に関する。 The present disclosure relates to methods and devices for identifying valid or invalid channels.

特許文献1は、多孔質体の気孔率を小さくすることと、多孔質体の透過性を高くすることを両立するため、仮多孔質体データに基づいて流体解析を行い、空間ボクセル毎の流速に関する情報を導出することを開示する。特許文献1は、流速が低い空間ボクセルを優先的に物体ボクセルに置換し、これにより気孔率を目標値にすることを開示する。 In Patent Document 1, in order to reduce the porosity of the porous body and increase the permeability of the porous body, fluid analysis is performed based on the pseudoporous body data, and the flow velocity for each space voxel is obtained. Disclose that we derive information about. Patent Document 1 discloses that a spatial voxel having a low flow velocity is preferentially replaced with an object voxel, whereby the porosity is set to a target value.

特許文献2は、ウォールフロー型排ガス浄化フィルターに関してSEM画像に基づいて孔径を観察することを開示する(特許文献2の図4参照)。 Patent Document 2 discloses that the pore diameter of a wall flow type exhaust gas purification filter is observed based on an SEM image (see FIG. 4 of Patent Document 2).

特開2015-189666号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-189666 特開2013-53589号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-53589

本願発明者らは、流入面から流出面に流体を流す有効流路とそれ以外の流路を区別することで多孔体の性能をより正確に評価することが可能になる意義を新たに見出した。 The inventors of the present application have newly found the significance of being able to more accurately evaluate the performance of a porous body by distinguishing between an effective flow path in which a fluid flows from an inflow surface to an outflow surface and another flow path. ..

本開示の一態様に係る方法は、流入面と流出面を有するべき多孔体の3次元構造を示す構造データに基づいて前記多孔体について流体解析を行い、少なくとも前記多孔体に含まれる流路における流体の圧力分布を示すデータを生成する工程と、
前記流路における前記流体の流れ方向に沿って生じる圧力値の勾配に基づいて前記流入面から前記流出面に前記流体を流す有効流路を特定する工程を含む。
In the method according to one aspect of the present disclosure, fluid analysis is performed on the porous body based on structural data showing a three-dimensional structure of the porous body that should have an inflow surface and an outflow surface, and at least in a flow path contained in the porous body. The process of generating data showing the pressure distribution of the fluid and
A step of specifying an effective flow path for flowing the fluid from the inflow surface to the outflow surface based on a gradient of a pressure value generated along the flow direction of the fluid in the flow path is included.

幾つかの場合、前記有効流路は、前記流路における前記流体の流れ方向に沿って異なる圧力値を有する複数の等圧面に基づいて特定される。 In some cases, the effective flow path is identified based on a plurality of isobaric surfaces having different pressure values along the flow direction of the fluid in the flow path.

幾つかの場合、前記等圧面に基づいて前記有効流路の断面積が決定される。 In some cases, the cross-sectional area of the effective flow path is determined based on the isobaric surface.

幾つかの場合、前記等圧面に基づいて前記有効流路の容積が決定される。 In some cases, the volume of the effective flow path is determined based on the isobaric surface.

幾つかの場合、前記有効流路の部分容積は、少なくとも、前記流体の流れ方向における第1等圧面と第2等圧面の離間距離と、前記第1及び/又は第2等圧面の面積に基づいて決定される。 In some cases, the partial volume of the effective flow path is at least based on the distance between the first isobaric surface and the second isobaric surface in the flow direction of the fluid and the area of the first and / or second isobaric surface. Will be decided.

幾つかの場合、方法は、前記多孔体のある断面に含まれる気孔の個別の断面積の合計値に対する前記多孔体の前記断面における前記有効流路の個別の断面積の合計値の比を決定する工程を更に含む。 In some cases, the method determines the ratio of the total value of the individual cross-sectional areas of the effective flow path in the cross section of the porous body to the total value of the individual cross-sectional areas of the pores contained in the cross section of the porous body. Further includes steps to be performed.

幾つかの場合、方法は、前記多孔体に含まれる気孔の合計容積に対する前記有効流路の容積の比を決定する工程を更に含む。 In some cases, the method further comprises the step of determining the ratio of the volume of the effective flow path to the total volume of pores contained in the porous body.

幾つかの場合、方法は、前記多孔体のある断面における気孔及びセラミックス部の両方の断面積の合計値に対する前記多孔体の前記断面に含まれる前記有効流路の断面積の合計値の比を決定する工程を更に含む。 In some cases, the method is the ratio of the total cross-sectional area of the effective flow path contained in the cross section of the porous body to the total cross-sectional area of both the pores and the ceramics portion in a cross section of the porous body. Further includes a step of determining.

幾つかの場合、方法は、前記多孔体の体積に対する前記有効流路の容積の比を決定する工程を更に含む。 In some cases, the method further comprises the step of determining the ratio of the volume of the effective flow path to the volume of the porous body.

幾つかの場合、方法は、前記等圧面の面積と周囲長に基づいて前記等圧面の等価直径を決定する工程を更に含む。 In some cases, the method further comprises determining the equivalent diameter of the isobaric surface based on the area and perimeter of the isobaric surface.

幾つかの場合、方法は、前記等価直径の分布を決定する工程を更に含む。 In some cases, the method further comprises the step of determining the equivalent diameter distribution.

幾つかの場合、方法は、同一又は同一範囲内の等価直径の前記等圧面の個数の分布を決定する工程を更に含む。 In some cases, the method further comprises determining the distribution of the number of said isobaric surfaces of equivalent diameter within the same or the same range.

幾つかの場合、前記データは、前記流路に流れる流体の流速分布も示し、
前記有効流路において前記流体の流れ方向に交差する態様で等しい圧力値が分布した等圧面の面積と前記データが示す流速に基づいて単位時間に前記等圧面を通過する前記流体の流量を決定する工程を更に含む。
In some cases, the data also show the flow velocity distribution of the fluid flowing through the flow path.
The flow rate of the fluid passing through the isobaric surface in a unit time is determined based on the area of the isobaric surface in which equal pressure values are distributed in the effective flow path intersecting the flow direction of the fluid and the flow velocity indicated by the data. Further includes steps.

幾つかの場合、方法は、各等圧面に関して決定される前記流量の合算に基づいて前記多孔体に含まれる一部又は全ての有効流路に流れる流量を決定する工程を更に含む。 In some cases, the method further comprises determining the flow rate flowing through some or all of the effective flow rates contained in the porous body based on the sum of the flow rates determined for each isobaric surface.

幾つかの場合、方法は、前記等圧面に関して決定される前記流量に基づいて前記等圧面に対してフィルター特性に関する評価値を決定する工程を更に含む。 In some cases, the method further comprises determining an evaluation value for filter characteristics for the isobaric surface based on the flow rate determined for the isobaric surface.

幾つかの場合、前記構造データは、デジタル値を有するボクセルの3次元集合である。 In some cases, the structural data is a three-dimensional set of voxels with digital values.

幾つかの場合、方法は、前記構造データに対して格子点を設定する工程を更に含み、
前記流路における前記流体の流れ方向に沿って異なる圧力値を有する等圧面の離間距離は、前記構造データにおける格子間隔未満である離間距離を含む。
In some cases, the method further comprises the step of setting grid points for the structural data.
The separation distance of isobaric surfaces having different pressure values along the flow direction of the fluid in the flow path includes a separation distance that is less than the grid spacing in the structural data.

本開示の一態様に係る装置は、流入面と流出面を有するべき多孔体の3次元構造を示す構造データに基づいて前記多孔体について流体解析を行い、少なくとも前記多孔体に含まれる流路における流体の圧力分布を示すデータを生成し、
前記流路における前記流体の流れ方向に沿って生じる圧力値の勾配に基づいて前記流入面から前記流出面に前記流体を流す有効流路を特定するように構成される。
The apparatus according to one aspect of the present disclosure performs fluid analysis on the porous body based on structural data showing a three-dimensional structure of the porous body that should have an inflow surface and an outflow surface, and at least in a flow path included in the porous body. Generates data showing the pressure distribution of the fluid
It is configured to identify an effective flow path for flowing the fluid from the inflow surface to the outflow surface based on the gradient of the pressure value generated along the flow direction of the fluid in the flow path.

本開示の一態様に係る方法は、流入面と流出面を有するべき多孔体の3次元構造を示す構造データに基づいて前記多孔体について流体解析を行い、少なくとも前記多孔体に含まれる流路における流体の圧力分布を示すデータを生成する工程と、
前記流路における前記流体の流動を示さない所定範囲内の圧力値の集合に基づいて、前記流入面から前記流出面に前記流体を流さない無効流路を特定する工程を含む。
In the method according to one aspect of the present disclosure, fluid analysis is performed on the porous body based on structural data showing a three-dimensional structure of the porous body that should have an inflow surface and an outflow surface, and at least in a flow path contained in the porous body. The process of generating data showing the pressure distribution of the fluid and
It comprises a step of identifying an ineffective flow path that does not allow the fluid to flow from the inflow surface to the outflow surface based on a set of pressure values within a predetermined range that does not indicate the flow of the fluid in the flow path.

本開示の一態様に係る装置は、流入面と流出面を有するべき多孔体の3次元構造を示す構造データに基づいて前記多孔体について流体解析を行い、少なくとも前記多孔体に含まれる流路における流体の圧力分布を示すデータを生成し、
前記流路における前記流体の流動を示さない所定範囲内の圧力値の集合に基づいて、前記流入面から前記流出面に前記流体を流さない無効流路を特定するように構成される。
The apparatus according to one aspect of the present disclosure performs fluid analysis on the porous body based on structural data showing a three-dimensional structure of the porous body that should have an inflow surface and an outflow surface, and at least in a flow path included in the porous body. Generates data showing the pressure distribution of the fluid
Based on a set of pressure values within a predetermined range that does not indicate the flow of the fluid in the flow path, it is configured to identify an ineffective flow path that does not allow the fluid to flow from the inflow surface to the outflow surface.

本開示の一態様によれば、流入面から流出面に流体を流す有効流路、及び/又は、流入面から流出面に流体を流さない無効流路を特定することができる。 According to one aspect of the present disclosure, it is possible to specify an effective flow path in which a fluid flows from an inflow surface to an outflow surface and / or an ineffective flow path in which a fluid does not flow from an inflow surface to an outflow surface.

本開示の一態様に係るセラミックスフィルターの概略的な斜視図である。It is a schematic perspective view of the ceramics filter which concerns on one aspect of this disclosure. 本開示の一態様に係るセラミックスフィルターに含まれるセグメントの概略的な斜視図である。It is a schematic perspective view of the segment included in the ceramics filter which concerns on one aspect of this disclosure. 図2の平面PL3におけるセグメントの概略的な断面を示す模式図である。多孔質の隔壁により画定された開口セルを有するハニカム構造体の第1端部と第2端部において複数の封止部により開口セルが相補的に封止される。開口セルを画定する多孔質の隔壁を介して隣接する開口セル間を流体が移動可能である。It is a schematic diagram which shows the schematic cross section of the segment in the plane PL3 of FIG. The opening cells are complementarily sealed by a plurality of sealing portions at the first end and the second end of the honeycomb structure having the opening cells defined by the porous partition wall. Fluid can move between adjacent open cells via the porous septum that defines the open cells. 本開示の方法を実施するためのシステムの概略的なブロック図である。It is a schematic block diagram of the system for carrying out the method of this disclosure. X線CT装置で取得した構造データが示す多孔体の概略的な斜視図である。It is a schematic perspective view of the porous body shown by the structural data acquired by the X-ray CT apparatus. 図5に示した多孔体の概略的な部分断面を示す模式図であり、実線により囲まれた部分が気孔を示す。It is a schematic diagram which shows the schematic partial cross section of the porous body shown in FIG. 5, and the part surrounded by a solid line shows a pore. 簡略化した流路について行った流体解析の結果を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the result of the fluid analysis performed about the simplified flow path. 図7に示した等圧面における圧力値の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the pressure value in the isobaric surface shown in FIG. 7. 多孔体に含まれる流路を主に示す概略模式図である。It is a schematic schematic diagram which mainly shows the flow path contained in a porous body. 図9の断面V-Vにおいて有効流路と無効流路の境界を模式的に示す参考図である。It is a reference figure which shows typically the boundary of the effective flow path and the invalid flow path in the cross section VV of FIG. 図5に示した多孔体の概略的な部分断面を示す模式図であり、実線が有効流路の部分空間である気孔を示し、点線が無効流路の部分空間である気孔を示す。It is a schematic diagram which shows the schematic partial cross section of the porous body shown in FIG. 5, the solid line shows the pore which is a partial space of an effective flow path, and the dotted line shows the pore which is a partial space of an invalid flow path. 本開示の有効流路を特定する方法に関する概略的なフローチャートである。It is a schematic flowchart about the method of specifying the effective flow path of this disclosure. 本開示の無効流路を特定する方法に関する概略的なフローチャートである。It is a schematic flowchart regarding the method of identifying an invalid flow path of this disclosure. セラミックス部、有効気孔、及び無効気孔の割合を示すグラフである。It is a graph which shows the ratio of a ceramic part, an effective pore, and an ineffective pore. 等圧面の間隔を決定づける圧力値の差ΔPがより小さい場合を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the case where the difference ΔP of the pressure value which determines the interval of the isobaric surface is small.

以下、図1乃至図15を参照しつつ、本発明の非限定の実施形態について説明する。当業者は、過剰説明を要せず、各実施形態及び/又は各実施形態に含まれる個別の特徴を組み合わせることができる。また、当業者は、この組み合わせによる相乗効果も理解可能である。実施形態間の重複説明は、原則的に省略する。参照図面は、発明の記述を主たる目的とするものであり、作図の便宜のために簡略化されている場合がある。「幾つかの場合」という表現により明示される個別の特徴は、例えば、本開示の方法及び/又は装置にのみ有効であるものではなく、他の様々な方法及び/又は装置にも通用する普遍的な特徴として理解される。 Hereinafter, non-limiting embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 15. One of ordinary skill in the art can combine the individual features contained in each embodiment and / or each embodiment without over-explanation. Those skilled in the art can also understand the synergistic effect of this combination. Overlapping description between embodiments will be omitted in principle. The reference drawings are primarily intended to describe the invention and may be simplified for convenience of drawing. The individual features specified by the expression "in some cases" are not only valid for, for example, the methods and / or devices of the present disclosure, but are universally applicable to various other methods and / or devices. It is understood as a characteristic feature.

図1に示すセラミックスフィルター90は、気体、液体、粉体又はこれらの任意の組み合わせの混合物といった流体をろ過する機能部品である。セラミックスフィルター90に流れる流体は、典型的には、エンジンから排気される排ガスである。セラミックスフィルター90は、必ずしもこの限りではないが、ガソリンエンジン及びディーゼルエンジンといったエンジンから排気される排ガスを浄化するために用いられる。具体的には、セラミックスフィルター90が排ガス中の粒子状物質(PM)を捕集する。捕集された粒子状物質がセラミックスフィルター90において燃焼して除去される。 The ceramic filter 90 shown in FIG. 1 is a functional component that filters a fluid such as a gas, a liquid, a powder, or a mixture thereof. The fluid flowing through the ceramic filter 90 is typically exhaust gas exhausted from the engine. The ceramic filter 90 is not necessarily limited to this, but is used for purifying exhaust gas exhausted from an engine such as a gasoline engine and a diesel engine. Specifically, the ceramic filter 90 collects particulate matter (PM) in the exhaust gas. The collected particulate matter is burned and removed in the ceramic filter 90.

セラミックスフィルター90は、流入面91と流入面91の反対側の流出面92を有する円柱体である。セラミックスフィルター90は、必ずしも円柱体に限らず、他の形状を取ることができる。セラミックスフィルター90は、複数のセグメント80から構築されるが、これに限られるものではない。セラミックスフィルター90がモノリシック体である場合も想定される。限定の意図なくセラミックスフィルター90が複数のセグメント80から構築される場合について述べれば、セグメント80の個数は、セラミックスフィルター90のサイズに依存して増減する。セグメント80の間にはセラミックス中間層93が形成され、これによりセグメント80の一体化が促進される。なお、セグメント80からセラミックスフィルター90を構築する方法は、本技術分野において周知であり、詳細説明は省略する。 The ceramic filter 90 is a cylinder having an inflow surface 91 and an outflow surface 92 on the opposite side of the inflow surface 91. The ceramic filter 90 is not necessarily limited to a cylindrical body, and can take other shapes. The ceramic filter 90 is constructed from a plurality of segments 80, but is not limited to this. It is also assumed that the ceramic filter 90 is a monolithic body. In the case where the ceramic filter 90 is constructed from a plurality of segments 80 without any limitation, the number of segments 80 increases or decreases depending on the size of the ceramic filter 90. A ceramic intermediate layer 93 is formed between the segments 80, which promotes the integration of the segments 80. The method for constructing the ceramic filter 90 from the segment 80 is well known in the present technical field, and detailed description thereof will be omitted.

セラミックスフィルター90が複数のセグメント80から構築される場合、図2及び図3に示すように、セグメント80は、流入面81と流出面82を有する角柱体である。セグメント80は、必ずしも角柱体に限らず、他の形状を取ることができる。セグメント80は、流体が流れる開口セル85を画定する多孔質の隔壁86と、多孔質の隔壁86を介して隣接する開口セル85間で流体が流れるように設けられた封止部87を有する。図3から良く分かるように、セグメント80の流入面81側における封止部87の配置パターンと、セグメント80の流出面82側における封止部87の配置パターンが相補的である。換言すれば、流入面81側の開口端が封止部87により封止されない開口セル85は、封止部87により封止される流出面82側の開口端を有する。流入面81側の開口端が封止部87により封止された開口セル85は、封止部87により封止されない流出面82側の開口端を有する。かかる封止部87の配置によって図3に模式的に示すような多孔質の隔壁86を介した流体の移動が生じる。このように多孔質の隔壁86を介して流体が移動する観点から、セラミックスフィルター90又はセグメント80は、ウォールフロー型と呼ばれる。 When the ceramic filter 90 is constructed from a plurality of segments 80, the segment 80 is a prism having an inflow surface 81 and an outflow surface 82, as shown in FIGS. 2 and 3. The segment 80 is not necessarily limited to a prism, and can take other shapes. The segment 80 has a porous partition wall 86 that defines the opening cell 85 through which the fluid flows, and a sealing portion 87 that is provided so that the fluid flows between the adjacent opening cells 85 via the porous partition wall 86. As can be clearly seen from FIG. 3, the arrangement pattern of the sealing portion 87 on the inflow surface 81 side of the segment 80 and the arrangement pattern of the sealing portion 87 on the outflow surface 82 side of the segment 80 are complementary. In other words, the opening cell 85 whose opening end on the inflow surface 81 side is not sealed by the sealing portion 87 has an opening end on the outflow surface 82 side sealed by the sealing portion 87. The opening cell 85 whose opening end on the inflow surface 81 side is sealed by the sealing portion 87 has an opening end on the outflow surface 82 side which is not sealed by the sealing portion 87. The arrangement of the sealing portion 87 causes the fluid to move through the porous partition wall 86 as schematically shown in FIG. From the viewpoint that the fluid moves through the porous partition wall 86 in this way, the ceramic filter 90 or the segment 80 is called a wall flow type.

セラミックスフィルター90又はそこに含まれ得るセグメント80は、炭化ケイ素(SiC)、コージェライト(2MgO・2Al・5SiO)、チタン酸アルミニウム(AlTiO)といったセラミックス材料から成る。炭化ケイ素(SiC)の結合は、Si結合、SiC結合、コージェライト結合等であり得る。開口セル85の開口形状は、矩形状に限らず、六角形状といった他の多角形状を取ることができる。隔壁86の厚みや開口セル85のセル密度は、用途や要求される性能に応じて適切に設定される。セグメント80の製造方法は、本技術分野において周知であり、詳細説明は省略する。The ceramic filter 90 or the segment 80 that may be contained therein is made of a ceramic material such as silicon carbide (SiC), cordierite (2MgO · 2Al 2O 3.5SiO 2), aluminum silicate (Al 2 TiO 5 ) . The bond of silicon carbide (SiC) can be a Si bond, a SiC bond, a cordierite bond, or the like. The opening shape of the opening cell 85 is not limited to a rectangular shape, but may be another polygonal shape such as a hexagonal shape. The thickness of the partition wall 86 and the cell density of the opening cell 85 are appropriately set according to the application and the required performance. The method for manufacturing the segment 80 is well known in the art, and detailed description thereof will be omitted.

流体は、上述の多孔質の隔壁86(具体的には、その部分)を介して、隣接した開口セル85間を流動する。具体的には、図3に示すように、開口セル85kに流入した排ガスは、多孔質の隔壁86hを介して開口セル85jに流入する。多孔質の隔壁86hは、流入面861と流入面861の反対側の流出面862を有する。多孔質の隔壁86には流入面861から流出面862まで排ガスを流す有効流路が含まれる。流入面861から隔壁86に流入した排ガスは、この有効流路を介して流出面862まで到達する。なお、排ガスに含まれる粒子状物質は、隔壁86の有効流路内に付着して燃焼され得る。以下、多孔質の隔壁86が、単に多孔体と呼ばれる場合がある。 The fluid flows between adjacent opening cells 85 via the porous partition wall 86 (specifically, a portion thereof) described above. Specifically, as shown in FIG. 3, the exhaust gas flowing into the opening cell 85k flows into the opening cell 85j via the porous partition wall 86h. The porous partition wall 86h has an inflow surface 861 and an outflow surface 862 on the opposite side of the inflow surface 861. The porous partition wall 86 includes an effective flow path for flowing exhaust gas from the inflow surface 861 to the outflow surface 862. The exhaust gas that has flowed into the partition wall 86 from the inflow surface 861 reaches the outflow surface 862 via this effective flow path. The particulate matter contained in the exhaust gas may adhere to the effective flow path of the partition wall 86 and be burned. Hereinafter, the porous partition wall 86 may be simply referred to as a porous body.

多孔質の隔壁86である多孔体について本開示に係る有効又は無効流路の特定方法が行われ、多孔体に含まれる有効又は無効流路が特定される。しかしながら、本開示に係る有効又は無効流路の特定方法は、上述したセラミックスフィルター90に含まれるセグメント80の多孔質の隔壁86の多孔体に限定されず、他の様々な製品に組み込まれ、或いは、他の様々な用途に用いられる多孔体に利用可能であることに留意されたい。幾つかの場合、多孔体は、セグメント構造ではなく一体型のコージェライト製のハニカム構造体における隔壁であり、特開2016-175045号公報、発明の名称:目封止ハニカム構造体、出願日:2015年3月20日の全内容が参照により本明細書に組み込まれる。本開示に係る有効又は無効流路の特定方法の対象となる多孔体は、フィルターに限らず、支持基板、断熱材、整流板、選択的透過層、及び熱交換材といった様々な用途に用いられる。 The method for specifying the effective or ineffective flow path according to the present disclosure is performed for the porous body which is the porous partition wall 86, and the effective or ineffective flow path contained in the porous body is specified. However, the method for identifying the effective or ineffective flow path according to the present disclosure is not limited to the porous body of the porous partition wall 86 of the segment 80 included in the ceramic filter 90 described above, and is incorporated into various other products or is used. Note that it is available for porous materials used in a variety of other applications. In some cases, the porous body is not a segment structure but a partition wall in an integrated honeycomb structure made of cordierite, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-175045, Title of the invention: Sealed honeycomb structure, filing date: The entire contents of March 20, 2015 are incorporated herein by reference. The porous body subject to the method for specifying an effective or ineffective flow path according to the present disclosure is not limited to a filter, but is used for various applications such as a support substrate, a heat insulating material, a straightening vane, a selective transmission layer, and a heat exchange material. ..

本開示に係る有効又は無効流路の特定方法は、流入面と流出面を有するべき多孔体の3次元構造を示す構造データに基づいて行われる。多孔体の3次元構造を示す構造データは、様々な手法により取得可能である。多孔体の構造をより高精度で解明するため、より高分解能の構造データを用いることが推奨される。かかる観点から、多孔体の3次元構造を示す構造データは、必ずしもこの限りではないが、X線CT(Computed Tomography)装置61で生成される。X線CT装置61で生成された構造データがコンピューター62により用いられる(図4参照)。繰り返すが、X線CT装置を用いる方法以外の方法で多孔体の3次元構造を示す構造データが生成される形態も想定される。 The method for specifying an effective or ineffective flow path according to the present disclosure is performed based on structural data showing a three-dimensional structure of a porous body that should have an inflow surface and an outflow surface. Structural data showing the three-dimensional structure of the porous body can be obtained by various methods. It is recommended to use higher resolution structural data in order to elucidate the structure of the porous body with higher accuracy. From this point of view, the structural data showing the three-dimensional structure of the porous body is not necessarily limited to this, but is generated by the X-ray CT (Computed Tomography) apparatus 61. The structural data generated by the X-ray CT apparatus 61 is used by the computer 62 (see FIG. 4). Again, it is assumed that structural data showing the three-dimensional structure of the porous body is generated by a method other than the method using the X-ray CT apparatus.

図5は、X線CT装置で取得した構造データが示す多孔体の概略的な斜視図である。図6は、図5に示した多孔体の概略的な部分断面を示す模式図であり、実線により囲まれた部分が気孔を示す。図6から良く分かるように、多孔体10の断面には様々な断面形状の気孔が存在する。本願発明者らは、幾つかの気孔は、多孔体10の流入面10aから流出面10bに流体を流す有効流路の部分空間であるが、全気孔が有効流路の部分空間ではないと予測する。つまり、気孔の中には、有効流路に空間的に接続されていない独立した気孔も含まれることが予測される。また、流体が部分的又は全体的に流入するものの、流体の流れが生じない無効流路の部分空間である気孔も含まれることが予測される。有効流路と無効流路は、流入面10aから流出面10bに流体を流すことに貢献する流路であるか否かという観点から区別される。多孔体10に含まれる有効流路を選択的に特定することにより、より高い次元における又は別の観点から多孔体10の評価を行うことができる。多孔体10のかかる評価結果は、将来の多孔体10の開発や製造に貢献する貴重な情報になる。 FIG. 5 is a schematic perspective view of the porous body shown by the structural data acquired by the X-ray CT apparatus. FIG. 6 is a schematic view showing a schematic partial cross section of the porous body shown in FIG. 5, and the portion surrounded by the solid line shows the pores. As can be clearly seen from FIG. 6, there are pores having various cross-sectional shapes in the cross section of the porous body 10. The inventors of the present application predict that some pores are subspaces of an effective flow path for flowing a fluid from the inflow surface 10a to the outflow surface 10b of the porous body 10, but all the pores are not subspaces of the effective flow path. do. That is, it is expected that the pores include independent pores that are not spatially connected to the effective flow path. It is also expected to include pores, which are subspaces of the ineffective flow path where the fluid flows in partially or wholly but does not cause fluid flow. The effective flow path and the invalid flow path are distinguished from the viewpoint of whether or not the flow path contributes to the flow of the fluid from the inflow surface 10a to the outflow surface 10b. By selectively specifying the effective flow path contained in the porous body 10, the porous body 10 can be evaluated in a higher dimension or from another viewpoint. The evaluation result of the porous body 10 will be valuable information that will contribute to the development and manufacture of the porous body 10 in the future.

X線CT装置61は、ワークである多孔体に対してX線を照射し、多孔体を透過したX線の強度を観察する。ワークである多孔体が、X線源とX線検出器の間で回転する。或いは、X線源とX線検出器それぞれが、多孔体の外周を旋回する。X線検出器で得られたX線強度分布を示す画像に基づく再構成が行われ、多孔体の3次元構造を示す構造データが生成される。幾つかの場合、構造データは、X線の吸収率を示すボクセル値(デジタル値)を有するボクセル(voxel)の3次元集合である。多孔体がセラミックス部と気孔のみから成る場合、セラミックス部に対応するボクセル(以下、セラミックスボクセル)のボクセル値と、気孔に対応するボクセル(以下、気孔ボクセル)のボクセル値は、大きく異なる。セラミックス部は、セラミックス材料の有体物がある部分である。気孔は、気体が存在する部分である。構造データのデータ形式やデータ構造は様々なものが検討でき、特定の種類に限定されるべきではない。 The X-ray CT apparatus 61 irradiates the porous body as a work with X-rays and observes the intensity of the X-rays transmitted through the porous body. The porous body, which is a work, rotates between the X-ray source and the X-ray detector. Alternatively, each of the X-ray source and the X-ray detector swirls around the outer circumference of the porous body. Reconstruction is performed based on an image showing the X-ray intensity distribution obtained by the X-ray detector, and structural data showing the three-dimensional structure of the porous body is generated. In some cases, the structural data is a three-dimensional set of voxels with voxel values (digital values) that indicate the absorptivity of X-rays. When the porous body consists only of a ceramic portion and pores, the voxel value of the voxel corresponding to the ceramic portion (hereinafter referred to as ceramic voxel) and the voxel value of the voxel corresponding to the pore (hereinafter referred to as pore boxel) are significantly different. The ceramic part is a part where a tangible material of a ceramic material is present. The pores are the parts where the gas is present. Various data formats and data structures of structural data can be considered and should not be limited to a specific type.

なお、多孔体は、セラミックス部と気孔に加えて、セグメント80の製造過程で発生する残炭分(炭素)を有する場合がある。或いは、多孔体は、排気ガス中のPMに由来する炭素分を有する場合がある。或いは、多孔体は、燃料やエンジンオイル由来の灰(ash)の炭素分を有する場合がある。或いは、多孔体は、セラミックス部と気孔に加えて、セグメント80、具体的には、隔壁86により担持される触媒を有する場合がある。これらの残炭分や触媒は、セラミックス部や気孔とは異なるX線吸収係数を有すると想定される。従って、これらに対応するボクセルのボクセル値は、セラミックス又は気孔ボクセルのボクセル値とは異なる値を有すると考えられる。なお、X線CT装置61として、新旧の様々な装置構成のX線CT装置が採用可能である。例えば、X線CT装置61は、ノンヘリカルスキャンタイプ又はヘリカルスキャンタイプである。 In addition to the ceramic portion and pores, the porous body may have residual carbon content (carbon) generated in the manufacturing process of the segment 80. Alternatively, the porous body may have carbon content derived from PM in the exhaust gas. Alternatively, the porous material may have carbon content in ash derived from fuel or engine oil. Alternatively, the porous body may have a catalyst supported by a segment 80, specifically, a partition wall 86, in addition to the ceramic portion and pores. It is assumed that these residual coals and catalysts have an X-ray absorption coefficient different from that of the ceramics portion and pores. Therefore, it is considered that the voxel values of the corresponding voxels have different values from the voxel values of ceramics or stomatal voxels. As the X-ray CT device 61, X-ray CT devices having various old and new device configurations can be adopted. For example, the X-ray CT apparatus 61 is a non-helical scan type or a helical scan type.

コンピューター62は、流入面10aと流出面10bを有するべき多孔体10の3次元構造を示す構造データに基づいて多孔体10について流体解析を行い、少なくとも多孔体10に含まれる流路における流体の圧力分布を示すデータを生成する。流体解析は、コンピューター62が流体の運動に関する方程式を解くことにより行われるシミュレーションである。差分法、有限体積法、有限要素法、粒子法、格子ボルツマン法といった様々な流体解析法が採用可能である。格子ボルツマン法といった格子法を用いる場合、構造データに対して計算格子(グリッド又はメッシュとも呼ばれる)を設定する。なお、粒子法では計算格子を設定しないが、後述と同様に圧力分布を算出することができる。コンピューター62は、各ボクセルに対して個別に格子点を設定する。格子点は、例えば、ボクセルの中心に位置付けられる。ボクセルに対して設定される格子点は、例えば、xyz座標により示される(図5参照)。ボクセルの集合に含まれる全ボクセルに対して個別に格子点を設けることは必須ではない。コンピューター62が負担する計算コストの低減のため、ボクセル数未満の格子点数が設定されることも想定される。或いは、多孔体10のより精密な観察のため、ボクセル数よりも多い格子点数が設定されることも想定される。なお、図5に含まれる部分拡大図は、y軸に沿う格子間隔を模式的に表す。x軸に沿う格子間隔=y軸に沿う格子間隔=z軸に沿う格子間隔を満足するが、必ずしもこの限りではない。 The computer 62 performs a fluid analysis on the porous body 10 based on the structural data showing the three-dimensional structure of the porous body 10 to have the inflow surface 10a and the outflow surface 10b, and at least the pressure of the fluid in the flow path contained in the porous body 10. Generate data showing the distribution. Fluid analysis is a simulation performed by a computer 62 solving an equation relating to the motion of a fluid. Various fluid analysis methods such as the difference method, the finite volume method, the finite element method, the particle method, and the lattice Boltzmann method can be adopted. When using a grid method such as the Lattice Boltzmann method, a computational grid (also called a grid or mesh) is set for the structural data. Although the particle method does not set a calculation grid, the pressure distribution can be calculated in the same manner as described later. The computer 62 sets grid points individually for each voxel. The grid point is located, for example, in the center of the voxel. The grid points set for voxels are, for example, indicated by xyz coordinates (see FIG. 5). It is not essential to provide individual grid points for all voxels included in the voxel set. In order to reduce the calculation cost borne by the computer 62, it is assumed that the number of lattice points less than the number of voxels is set. Alternatively, it is assumed that the number of lattice points larger than the number of voxels is set for more precise observation of the porous body 10. The partially enlarged view included in FIG. 5 schematically shows the grid spacing along the y-axis. The grid spacing along the x-axis = the grid spacing along the y-axis = the grid spacing along the z-axis is satisfied, but this is not always the case.

格子ボルツマン法といった流体解析自体は、コンピューター62にインストールされたアプリケーション(ソフトウェアプログラム)により行われ、従って、この流体解析の具体的手法に関する詳細な説明は省略する。格子ボルツマン法といった流体解析の結果として、(格子点が設定される場合には)格子点毎に、流速値、圧力値、及び密度が算出される。流速値、圧力値、及び流体密度の1以上が選択的に算出される形態も想定される。 The fluid analysis itself such as the lattice Boltzmann method is performed by an application (software program) installed in the computer 62, and therefore, a detailed description of the specific method of the fluid analysis is omitted. As a result of fluid analysis such as the Lattice Boltzmann method, the flow velocity value, pressure value, and density are calculated for each grid point (if a grid point is set). A form in which one or more of the flow velocity value, the pressure value, and the fluid density are selectively calculated is also assumed.

流体解析の結果として得られる流体の圧力分布を示すデータは、圧力値の集合データである。計算格子が設定される場合、流体解析の結果として得られる流体の圧力分布を示すデータは、格子点毎の圧力値の集合データである。セラミックスボクセルに対応する格子点には流体が流れないため、その格子点の圧力値は、値無しであるか、ゼロであるか、或いは、流体解析過程で発生するエラー値(例えば、流入面における流体の初期の圧力値といった明らかに誤った値)である。有効流路の部分空間である気孔ボクセルに対応する格子点は、所定の圧力値を有する。無効流路の部分空間である気孔ボクセルに対応する格子点も、所定の圧力値を有する。流体が流入しない気孔ボクセルに対応する格子点は、ゼロ又はエラー値を示す圧力値を有する。エラー値は、閾値を用いて簡単に除去できる。 The data showing the pressure distribution of the fluid obtained as a result of the fluid analysis is a set data of pressure values. When a computational grid is set, the data showing the pressure distribution of the fluid obtained as a result of the fluid analysis is a set of pressure values for each grid point. Since no fluid flows through the grid points corresponding to the ceramic voxels, the pressure values at those grid points are either no value, zero, or error values that occur during the fluid analysis process (eg, on the inflow surface). Obviously wrong value, such as the initial pressure value of the fluid). The grid points corresponding to the stomatal voxels, which are subspaces of the effective flow path, have a predetermined pressure value. The grid points corresponding to the stomatal voxels, which are subspaces of the invalid flow path, also have a predetermined pressure value. The grid points corresponding to the pore voxels where no fluid flows have a pressure value indicating zero or an error value. The error value can be easily removed using a threshold.

続いて、コンピューター62は、多孔体10の流路における流体の流れ方向に沿って生じる圧力値の勾配に基づいて流入面10aから流出面10bに流体を流す有効流路を特定する。流入面10aから流出面10bに流体を流す有効流路に流体が流れる時、流路を規定する壁面から抵抗を受け、圧力値が連続的に減少する。圧力値の勾配は、空間的に隣接する2以上の格子点の個別の圧力値を比較することにより特定することができる。1つの最小格子間隔を空けて隣り合う格子点の圧力値を比較することに限られないことに留意されたい。流体の流れ方向に沿って連続的に変化する圧力値の集合、又は、そのような圧力値を有する格子点の集合が有効流路(又はその一部)に対応する。他方、流体の流れ方向に沿って連続的に変化しない圧力値の集合、又は、そのような圧力値を有する格子点の集合が無効流路(又はその一部)に対応する。流体の流れ方向は、流入面861及び流出面862に直交する方向に限られないことに留意されたい。なお、流体の流れ方向に沿って連続的に変化しない圧力値の集合は、流体の流動を示さない一定の圧力値の集合と読み替えることができる。 Subsequently, the computer 62 identifies an effective flow path for flowing the fluid from the inflow surface 10a to the outflow surface 10b based on the gradient of the pressure value generated along the flow direction of the fluid in the flow path of the porous body 10. When a fluid flows from the inflow surface 10a to the outflow surface 10b in an effective flow path, resistance is received from the wall surface defining the flow path, and the pressure value continuously decreases. The pressure value gradient can be identified by comparing the individual pressure values of two or more spatially adjacent grid points. Note that it is not limited to comparing the pressure values of adjacent grid points with one minimum grid spacing. A set of pressure values that change continuously along the flow direction of the fluid, or a set of grid points with such pressure values, corresponds to an effective flow path (or part thereof). On the other hand, a set of pressure values that do not change continuously along the flow direction of the fluid, or a set of lattice points having such pressure values, corresponds to an invalid flow path (or a part thereof). It should be noted that the flow direction of the fluid is not limited to the direction orthogonal to the inflow surface 861 and the outflow surface 862. A set of pressure values that do not change continuously along the flow direction of the fluid can be read as a set of constant pressure values that do not indicate the flow of the fluid.

図7は、簡略化した流路について行った流体解析の結果を示す模式図である。図8は、図7に示した等圧面における圧力値の変化を示すグラフである。必ずしもこの限りではないが、幾つかの場合、有効流路は、流路における流体の流れ方向に沿って異なる圧力値を有する複数の等圧面に基づいて特定される。複数の等圧面は、流路における流体の流れ方向に沿って生じる圧力値の勾配に従って配置される。等圧面は、流体解析のアプリケーションの処理により、圧力勾配に基づいて特定された個別の等しい圧力値を有する面である。例えば、アプリケーションにおいて、圧力値の差ΔPに基づいて等圧面が設定される。等圧面は、流体の流れ方向(図7のX方向)に交差する態様で等しい圧力値が分布した面である。等圧面は、流体の流れ方向に直交する平坦面であり、或いは、流体の流れ方向に交差する部分的又は全体的に湾曲した面であり得るが、これらに限定されるべきものではない。 FIG. 7 is a schematic diagram showing the results of fluid analysis performed on the simplified flow path. FIG. 8 is a graph showing changes in the pressure value on the isobaric surface shown in FIG. 7. In some cases, but not necessarily, the effective flow path is identified based on a plurality of isobaric surfaces having different pressure values along the flow direction of the fluid in the flow path. The plurality of isobaric surfaces are arranged according to the gradient of the pressure value generated along the flow direction of the fluid in the flow path. An isobaric surface is a surface with individual equal pressure values identified based on a pressure gradient by the processing of a fluid analysis application. For example, in an application, an isobaric surface is set based on the pressure value difference ΔP. The isobaric surface is a surface in which equal pressure values are distributed in a manner intersecting the fluid flow direction (X direction in FIG. 7). The isobaric surface can be a flat surface orthogonal to the flow direction of the fluid, or a partially or totally curved surface intersecting the flow direction of the fluid, but is not limited thereto.

等圧面の間隔は、圧力値の差ΔPに基づいて設定され、従って、流路における流体の流れ方向に沿って隣接する等圧面の距離は、流路を流れる流体の圧力値の勾配の斜度に依存して変化する。流体の圧力値の勾配が緩慢な流路では隣接する等圧面の間に複数の格子点が存在することも想定される。他方、等圧面の間隔を決定づける圧力値の差ΔPに関するアプリケーションの設定や、流体の圧力値の勾配によっては、隣接する等圧面の間の距離は、構造データにおける格子間隔未満になることも想定される。 The isobaric surface spacing is set based on the pressure value difference ΔP, so the distance between adjacent isobaric surfaces along the flow direction of the fluid in the flow path is the slope of the pressure value gradient of the fluid flowing in the flow path. It changes depending on. In a flow path where the gradient of the fluid pressure value is gentle, it is assumed that there are multiple lattice points between adjacent isobaric surfaces. On the other hand, depending on the application settings for the pressure value difference ΔP that determines the isobaric surface spacing and the gradient of the fluid pressure value, it is assumed that the distance between adjacent isobaric surfaces will be less than the grid spacing in the structural data. To.

図7及び図8の場合、等圧面s1の圧力値p1>等圧面s2の圧力値p2>等圧面s3の圧力値p3>等圧面s4の圧力値p4>等圧面s5の圧力値p5>等圧面s6の圧力値p6>等圧面s7の圧力値p7>等圧面s8の圧力値p8>等圧面s9の圧力値p9>等圧面s10の圧力値p10>等圧面s11の圧力値p11>等圧面s12の圧力値p12>等圧面s13の圧力値p13>等圧面s14の圧力値p14を満足する。なお、Δp1-p2=Δp2-p3=Δp3-p4=Δp4-p5=Δp5-p6=Δp6-p7=Δp7-p8=Δp8-p9=Δp9-p10=Δp10-p11=Δp11-p12=Δp12-p13=Δp13-p14を満足する。In the case of FIGS. 7 and 8, the pressure value p1 of the isobaric surface s1> the pressure value p2 of the isobaric surface s2> the pressure value p3 of the isobaric surface s3> the pressure value p4 of the isobaric surface s4> the pressure value p5 of the isobaric surface s5> the isobaric surface. Pressure value p6 of s6> Pressure value p7 of isobaric surface s7> Pressure value p8 of isobaric surface s8> Pressure value p9 of isobaric surface s9> Pressure value p10 of isobaric surface s10> Pressure value p11 of isobaric surface s11> Isobaric surface s12 The pressure value p12> the pressure value p13 of the isobaric surface s13> the pressure value p14 of the isobaric surface s14 is satisfied. In addition, Δ p1-p2 = Δ p2-p3 = Δ p3-p4 = Δ p4-p5 = Δ p5-p6 = Δ p6-p7 = Δ p7-p8 = Δ p8- p9 = Δ p9 -p10 = Δ p10- Satisfy p11 = Δ p11-p12 = Δ p12-p13 = Δ p13-p14 .

図7に示した流路51は、流路における流体の流れ方向に沿って生じる圧力値の勾配に従って位置する複数の等圧面に基づいて特定される有効流路である。一点破線の円C1により特定された無効流路においては、有効流路とは異なり、複数の等圧面が無効流路に沿って配置されない。従って、一点破線の円C1により特定された無効流路が除外される。 The flow path 51 shown in FIG. 7 is an effective flow path specified based on a plurality of isobaric surfaces located according to the gradient of the pressure value generated along the flow direction of the fluid in the flow path. In the invalid flow path specified by the one-dot dashed circle C1, a plurality of isobaric surfaces are not arranged along the invalid flow path, unlike the effective flow path. Therefore, the invalid flow path specified by the one-dot dashed circle C1 is excluded.

図7に示した流路52は、流体が存在するが、流体の流れが生じない無効流路である。この無効流路の位置及び範囲は、所定範囲内の圧力値の集合に基づいて特定することができる。端的には、図7において斜線で示される、等圧面の間隔を決定付ける圧力値の差ΔPの範囲に属する圧力値の集合に基づいて特定することができる。なお、この圧力値の集合には、図7の二点鎖線の円C2で指し示される有効流路の部分が含まれることも想定される。この誤差は、等圧面の間隔を決定付ける圧力値の差ΔPの範囲をより小さくして円C2で指し示される有効流路の部分を小さくすることで低減可能である(図15参照)。追加又は代替として、流速パターンに基づいて有効流路を特定し、無効流路と有効流路の重畳部分を除外することもできる。 The flow path 52 shown in FIG. 7 is an invalid flow path in which a fluid exists but no fluid flow occurs. The position and range of this invalid flow path can be specified based on the set of pressure values within a predetermined range. In short, it can be specified based on the set of pressure values belonging to the range of the pressure value difference ΔP that determines the spacing between the isobaric surfaces, which is shown by diagonal lines in FIG. 7. It is also assumed that this set of pressure values includes the portion of the effective flow path pointed to by the circle C2 of the alternate long and short dash line in FIG. 7. This error can be reduced by making the range of the pressure value difference ΔP that determines the spacing between the isobaric surfaces smaller and making the portion of the effective flow path pointed out by the circle C2 smaller (see FIG. 15). As an addition or alternative, the effective flow path can be specified based on the flow velocity pattern, and the overlapping portion of the invalid flow path and the effective flow path can be excluded.

図9は、多孔体に含まれる流路を主に示す概略模式図である。図10は、図9の断面V-Vにおいて有効流路と無効流路の境界を模式的に示す参考図である。図9から分かるように多孔体10には複数の合流点及び複数の分流点を有するように複数の流路が形成される。図9は、流路の2次元描写であるが、流路は、3次元空間にて形成されるものと理解される。第1流路11は、図7及び図8と同様、等圧面s1~s6により特定することができる。第2流路12、第3流路13についても同様である。第2流路12は、サブ流路121とサブ流路122に分岐し、前者が第1流路11に合流し、後者が第3流路13に合流する。第3流路13は、サブ流路131とサブ流路132に分岐する。 FIG. 9 is a schematic schematic diagram mainly showing the flow path contained in the porous body. FIG. 10 is a reference diagram schematically showing the boundary between the effective flow path and the invalid flow path in the cross section VV of FIG. As can be seen from FIG. 9, a plurality of flow paths are formed in the porous body 10 so as to have a plurality of confluence points and a plurality of diversion points. FIG. 9 is a two-dimensional depiction of the flow path, but it is understood that the flow path is formed in a three-dimensional space. The first flow path 11 can be specified by the isobaric surfaces s1 to s6 as in FIGS. 7 and 8. The same applies to the second flow path 12 and the third flow path 13. The second flow path 12 branches into a sub flow path 121 and a sub flow path 122, the former merging into the first flow path 11 and the latter merging into the third flow path 13. The third flow path 13 branches into a sub flow path 131 and a sub flow path 132.

第1流路11に空間的に連通した流路21は、図7及び図8と同様、等しい圧力値(又はその範囲)に基づいて無効流路と特定することができる。第3流路13の分岐点の近傍に位置する気孔22は、流体が流入しない独立した気孔であり、圧力値=0であり、又は圧力値がエラー値を示す。第1流路11とサブ流路131の間の流路23は、参考までに図示したものである。流路23は、第1流路11側の流路端に位置する格子点の圧力値とサブ流路131側の流路端に位置する格子点の圧力値に差があれば有効流路となる。流路23は、第1流路11側の流路端に位置する格子点の圧力値とサブ流路131側の流路端に位置する格子点の圧力値に差がなければ無効流路となる。 The flow path 21 spatially communicating with the first flow path 11 can be identified as an invalid flow path based on the same pressure value (or its range), as in FIGS. 7 and 8. The pores 22 located in the vicinity of the branch point of the third flow path 13 are independent pores through which the fluid does not flow, and the pressure value is 0, or the pressure value indicates an error value. The flow path 23 between the first flow path 11 and the sub flow path 131 is illustrated for reference. The flow path 23 is an effective flow path if there is a difference between the pressure value of the grid point located at the flow path end on the first flow path 11 side and the pressure value of the grid point located at the flow path end on the sub flow path 131 side. Become. The flow path 23 is an invalid flow path if there is no difference between the pressure value of the grid point located at the flow path end on the first flow path 11 side and the pressure value of the grid point located at the flow path end on the sub flow path 131 side. Become.

等圧面に基づいて有効流路を特定することにより、3次元空間において連続性を有する有効流路の特定が促進され、つまり、3次元空間における有効流路の位置又は範囲又は分布を率直に特定することが促進される。等圧面に基づいて有効流路を特定する場合、図9及び図10に示すように等圧面s3と等圧面s4の間において第1流路11と流路21の境界s7が仮想的に定まる。 By identifying the effective flow path based on the isobaric surface, the identification of the effective flow path having continuity in the three-dimensional space is promoted, that is, the position, range, or distribution of the effective flow path in the three-dimensional space is frankly specified. Is promoted. When the effective flow path is specified based on the isobaric surface, the boundary s7 between the first flow path 11 and the flow path 21 is virtually determined between the isobaric surface s3 and the isobaric surface s4 as shown in FIGS. 9 and 10.

図11は、図5に示した多孔体の概略的な部分断面を示す模式図であり、実線が新たに特定された有効流路の部分空間である気孔(以下、有効気孔と呼ぶ)を示し、点線が新たに特定された無効流路の部分空間である気孔(以下、無効気孔と呼ぶ)を示す。上述の本開示に係る方法によれば、図11から分かるように、有効流路を特定することができ、追加的又は代替的に無効流路を特定することができる。有効気孔と無効気孔を区別することなく多孔体10のある断面における気孔率を算出することの追加又は代替として、多孔体10のある断面における有効気孔又は無効気孔の気孔率を算出することができる。有効気孔と無効気孔を区別せずに算出された気孔率では見いだせなかった多孔体10の新たな特性の解明が期待される。 FIG. 11 is a schematic view showing a schematic partial cross section of the porous body shown in FIG. 5, and the solid line shows pores (hereinafter referred to as effective pores) which are subspaces of the newly specified effective flow path. , The dotted line indicates a pore (hereinafter referred to as an invalid pore) which is a subspace of the newly identified invalid flow path. According to the method according to the present disclosure described above, as can be seen from FIG. 11, an effective flow path can be specified, and an invalid flow path can be additionally or alternatively specified. As an addition or alternative to calculating the porosity in a cross section of the porous body 10 without distinguishing between effective and ineffective pores, the porosity of the effective or ineffective pores in the cross section of the porous body 10 can be calculated. .. It is expected that the new characteristics of the porous body 10 that could not be found by the porosity calculated without distinguishing between the effective pores and the ineffective pores will be elucidated.

図12は、本開示の有効流路を特定する方法に関する概略的なフローチャートである。ステップS1で、構造データを生成する。ステップS2で、構造データに基づく流体解析により圧力分布を示すデータを生成する。ステップS3で、流路における流体の流れ方向に沿って生じる圧力値の勾配に基づいて有効流路を特定する。上述のように、これらのステップは、1以上のコンピューター62により実行されるが、必ずしもこの限りではない。 FIG. 12 is a schematic flowchart of a method of identifying an effective flow path of the present disclosure. In step S1, structural data is generated. In step S2, data showing the pressure distribution is generated by fluid analysis based on the structural data. In step S3, the effective flow path is specified based on the gradient of the pressure value generated along the flow direction of the fluid in the flow path. As mentioned above, these steps are performed by one or more computers 62, but not necessarily.

コンピューター62は、流入面と流出面を有するべき多孔体の3次元構造を示す構造データに基づいて多孔体について流体解析を行い、少なくとも多孔体に含まれる流路における流体の圧力分布を示すデータを生成し、流路における流体の流れ方向に沿って生じる圧力値の勾配に基づいて流入面から流出面に流体を流す有効流路を特定するように構成された装置である。 The computer 62 performs fluid analysis on the porous body based on the structural data showing the three-dimensional structure of the porous body that should have an inflow surface and an outflow surface, and at least obtains data showing the pressure distribution of the fluid in the flow path contained in the porous body. It is a device that is generated and configured to identify an effective flow path for flowing fluid from the inflow surface to the outflow surface based on the gradient of the pressure value generated along the flow direction of the fluid in the flow path.

コンピューター62は、CPU(central processing unit)と記憶部を含み、記憶部に記憶されたプログラムをCPUで実行する。記憶部は、メモリー、ハードドライブ、磁気情報記録媒体、及び光学情報記録媒体のいずれか一つ又は2以上の組み合わせである。CPUに記憶部が組み込まれ、又は両者が通信バスを介して接続される。コンピューター62は、GPU(graphics processing unit)、ネットワークインターフェイス、I/Oといった他の様々な機能部品を有することができる。 The computer 62 includes a CPU (central processing unit) and a storage unit, and the CPU executes a program stored in the storage unit. The storage unit is any one or a combination of two or more of a memory, a hard drive, a magnetic information recording medium, and an optical information recording medium. A storage unit is incorporated in the CPU, or both are connected via a communication bus. The computer 62 can have various other functional components such as a GPU (graphics processing unit), a network interface, and I / O.

上述の装置が複数のコンピューターから構成されることも想定される。例えば、コンピューター62が実行する処理の一部は、ネットワークを介して接続されたサーバーにより実行される。ある具体例においては、ステップS2とステップS3は、ネットワークを介して接続されたサーバーにより実行される。格子法においては構造データに設定される格子点数が大きければ大きいほどコンピューターにとっての計算コストが大きくなる。このような観点から、ネットワークを介して接続した他のコンピューター(サーバー)の計算資源が用いられることも想定される。 It is also assumed that the above-mentioned device is composed of a plurality of computers. For example, some of the processing performed by the computer 62 is performed by a server connected via a network. In one embodiment, steps S2 and S3 are performed by a server connected via a network. In the grid method, the larger the number of grid points set in the structural data, the higher the calculation cost for the computer. From this point of view, it is assumed that the computational resources of other computers (servers) connected via the network will be used.

繰り返すが、有効流路を特定することの追加又は代替として無効流路を特定することもできる。コンピューター62は、流体の流れ方向に沿って連続的に変化しない圧力値の集合、又は、流体の流動を示さない一定の圧力値の集合(又は、その範囲)に基づいて流入面10aから流出面10bに流体を流さない無効流路を特定することができる。なお、一定の圧力値の代替として一定又は所定範囲内の圧力値の集合を用いることができる。 Again, invalid channels can be identified as an addition or alternative to identifying valid channels. The computer 62 is a flow surface from the inflow surface 10a based on a set of pressure values that do not change continuously along the flow direction of the fluid or a set of constant pressure values that do not indicate the flow of the fluid (or a range thereof). An invalid flow path that does not allow fluid to flow in 10b can be specified. As an alternative to a constant pressure value, a set of constant or within a predetermined range of pressure values can be used.

無効流路を特定することにより、多孔体10のある断面における無効流路の気孔率や、多孔体10における無効流路の容積を算出することが可能になる。なお、有効流路の部分空間である有効気孔と無効流路の部分空間である無効気孔を区別することなく、X線CT装置で生成された構造データが示す多孔体の断面の画像解析に基づいて、多孔体10のある断面の気孔率を求めることができる。また、X線CT装置で生成された構造データが示す多孔体の気孔ボクセルの容積の積算により、多孔体10に含まれる気孔の容積を求めることができる。従って、X線CT装置で生成された構造データに基づいて算出された多孔体10のある断面の気孔率から多孔体10のある断面における無効流路の気孔率を減算することにより、多孔体10のある断面における有効流路の気孔率を算出することができる。多孔体10の有効流路の容積についても同様に算出することができる。 By specifying the invalid flow path, it becomes possible to calculate the porosity of the invalid flow path in a certain cross section of the porous body 10 and the volume of the invalid flow path in the porous body 10. It should be noted that, without distinguishing between the effective pores which are the partial spaces of the effective flow path and the invalid pores which are the partial spaces of the invalid flow path, it is based on the image analysis of the cross section of the porous body shown by the structural data generated by the X-ray CT apparatus. Therefore, the porosity of a certain cross section of the porous body 10 can be obtained. Further, the volume of the pores contained in the porous body 10 can be obtained by integrating the volumes of the pore voxels of the porous body shown by the structural data generated by the X-ray CT apparatus. Therefore, by subtracting the porosity of the invalid flow path in the cross section of the porous body 10 from the porosity of the cross section of the porous body 10 calculated based on the structural data generated by the X-ray CT apparatus, the porous body 10 is used. It is possible to calculate the porosity of the effective flow path in a certain cross section. The volume of the effective flow path of the porous body 10 can be calculated in the same manner.

図13は、本開示の無効流路を特定する方法に関する概略的なフローチャートである。ステップS1で、構造データを生成する。ステップS2で、構造データに基づく流体解析により圧力分布を示すデータを生成する。ステップS3で、流路における所定範囲内の圧力値の集合に基づいて無効流路を特定する。上述のように、これらのステップは、1以上のコンピューター62により実行されるが、必ずしもこの限りではない。 FIG. 13 is a schematic flowchart of a method of identifying an invalid flow path of the present disclosure. In step S1, structural data is generated. In step S2, data showing the pressure distribution is generated by fluid analysis based on the structural data. In step S3, the invalid flow path is specified based on the set of pressure values within a predetermined range in the flow path. As mentioned above, these steps are performed by one or more computers 62, but not necessarily.

コンピューター62は、等圧面に基づいて有効流路の断面積を決定することができる。等圧面は、図11から分かるように非常に複雑な断面形状を有する可能性があるが、コンピューター62は、アプリケーションによる演算によって等圧面の面積又はその近似値を算出することができる。算出された等圧面の面積又はその近似値が有効流路の断面積と決定することができる。 The computer 62 can determine the cross-sectional area of the effective flow path based on the isobaric surface. The isobaric surface may have a very complicated cross-sectional shape as can be seen from FIG. 11, but the computer 62 can calculate the area of the isobaric surface or an approximate value thereof by calculation by the application. The calculated area of the isobaric surface or its approximate value can be determined as the cross-sectional area of the effective flow path.

コンピューター62は、上述のように特定した有効流路の一部又は全体の容積を算出することができる。コンピューター62は、等圧面に基づいて有効流路の容積を決定することができる。有効流路の部分容積は、少なくとも、流体の流れ方向における第1等圧面と第2等圧面の離間距離と、第1及び/又は第2等圧面の面積に基づいて決定することができる。有効流路の部分容積を積算することにより多孔体10の一部又は全体における有効流路の容積を算出することができる。 The computer 62 can calculate the volume of a part or the whole of the effective flow path specified as described above. The computer 62 can determine the volume of the effective flow path based on the isobaric surface. The partial volume of the effective flow path can be determined at least based on the distance between the first isobaric surface and the second isobaric surface in the flow direction of the fluid and the area of the first and / or second isobaric surface. By integrating the partial volume of the effective flow path, the volume of the effective flow path in a part or the whole of the porous body 10 can be calculated.

コンピューター62は、多孔体のある断面に含まれる気孔の個別の断面積の合計値に対する前記多孔体の前記断面における有効流路の個別の断面積の合計値の比を決定することができる。多孔体のある断面に含まれる気孔の個別の断面積の合計値は、構造データを用いて決定することができる。例えば、多孔体のある断面に含まれる気孔の個別の断面積の合計値は、セラミックスボクセルのボクセル値と気孔ボクセルのボクセル値を一つの閾値で二値化し、気孔ボクセルに対応する面積を算出することにより求められる。セラミックスボクセルのボクセル値と気孔ボクセルのボクセル値を閾値で二値化することは本開示の様々な計算処理において有用であるものと理解される。 The computer 62 can determine the ratio of the total value of the individual cross-sectional areas of the effective flow path in the cross section of the porous body to the total value of the individual cross-sectional areas of the pores contained in the cross section of the porous body. The total value of the individual cross-sectional areas of the pores contained in a cross section of the porous body can be determined using structural data. For example, the total value of the individual cross-sectional areas of pores contained in a cross section of a porous body is obtained by binarizing the voxel value of ceramic voxels and the voxel value of pore voxels with one threshold value to calculate the area corresponding to the pore voxels. It is required by that. It is understood that binarizing the voxel value of ceramic voxels and the voxel value of pore voxels with a threshold value is useful in various calculation processes of the present disclosure.

コンピューター62は、多孔体に含まれる気孔の合計容積に対する有効流路の容積の比を決定することができる。多孔体に含まれる気孔の合計容積は、気孔ボクセルの容積の積算といった適切なアプリケーションによる構造データの処理に基づいて決定することができる。有効流路の容積の算出方法は、上述のとおりである。 The computer 62 can determine the ratio of the volume of the effective flow path to the total volume of pores contained in the porous body. The total volume of pores contained in the porous material can be determined based on the processing of structural data by the appropriate application, such as integrating the volume of pore voxels. The method for calculating the volume of the effective flow path is as described above.

コンピューター62は、多孔体のある断面における気孔及びセラミックス部の両方の断面積の合計値に対する多孔体の断面に含まれる有効流路の断面積の合計値の比を決定することができる。多孔体のある断面における気孔及びセラミックス部の両方の断面積の合計値は、例えば、図6に示される一点鎖線の枠である。有効流路の断面積の合計値は、上述の開示から理解されるように決定される。 The computer 62 can determine the ratio of the total cross-sectional area of the effective flow path included in the cross section of the porous body to the total cross-sectional area of both the pores and the ceramics portion in the cross section of the porous body. The total cross-sectional area of both the pores and the ceramic portion in a cross section of the porous body is, for example, the frame of the alternate long and short dash line shown in FIG. The total cross-sectional area of the effective flow path is determined as understood from the above disclosure.

コンピューター62は、多孔体の体積に対する有効流路の容積の比を決定することができる。多孔体の体積は、構造データから定まり、又は初期値としてコンピューターに入力される。 The computer 62 can determine the ratio of the volume of the effective flow path to the volume of the porous body. The volume of the porous body is determined from the structural data or input to the computer as an initial value.

コンピューター62は、等圧面の面積と周囲長に基づいて等圧面の等価直径を決定することができる。等圧面の面積をSとし、周囲長をLとし、等価直径をdとする時、等価直径dは、次式により表される。
d=(4S/L)
The computer 62 can determine the equivalent diameter of the isobaric surface based on the area of the isobaric surface and the perimeter. When the area of the isobaric surface is S, the perimeter is L, and the equivalent diameter is d, the equivalent diameter d is expressed by the following equation.
d = (4S / L)

図6から推測されるように等圧面の外形は、複雑な形状を取り得る。この複雑な形状は、しかし、等圧面の面積と周囲長というパラメーターに基づいて一つの等価直径に置き換えることができる。コンピューター62は、続いて、等価直径の分布を決定することができる。また、コンピューター62は、同一又は同一範囲内の等価直径の等圧面の個数の分布を決定することができる。 As can be inferred from FIG. 6, the outer shape of the isobaric surface can take a complicated shape. This complex shape, however, can be replaced with one equivalent diameter based on the parameters of isobaric surface area and perimeter. The computer 62 can subsequently determine the distribution of equivalent diameters. Further, the computer 62 can determine the distribution of the number of isobaric surfaces having the same or equivalent diameter within the same range.

上述したように、流体解析の結果として得られる流体の圧力分布を示すデータは、流路に流れる流体の流速分布も示すことができる。上述したように、格子ボルツマン法といった流体解析の結果として、(格子点が設定される場合には)格子点毎に、流速値、圧力値、及び密度が算出される。コンピューター62は、有効流路において流体の流れ方向に交差する態様で等しい圧力値が分布した等圧面の面積とデータが示す流速に基づいて単位時間に等圧面を通過する流体の流量を決定することができる。また、コンピューター62は、各等圧面に関して決定される流量の合算に基づいて多孔体に含まれる一部又は全ての有効流路に流れる流量を決定することができる。 As described above, the data showing the pressure distribution of the fluid obtained as a result of the fluid analysis can also show the flow velocity distribution of the fluid flowing in the flow path. As described above, as a result of fluid analysis such as the lattice Boltzmann method, the flow velocity value, the pressure value, and the density are calculated for each lattice point (when the lattice point is set). The computer 62 determines the flow rate of the fluid passing through the isobaric surface in a unit time based on the area of the isobaric surface in which equal pressure values are distributed in the effective flow path intersecting the flow direction of the fluid and the flow velocity indicated by the data. Can be done. Further, the computer 62 can determine the flow rate flowing through a part or all of the effective flow paths contained in the porous body based on the sum of the flow rates determined for each isobaric surface.

なお、流量Q(m/s)は、流速v(m/s)と断面積(m)の掛け算により計算される。
Q=v×A
The flow rate Q (m 3 / s) is calculated by multiplying the flow velocity v (m / s) and the cross-sectional area (m 2 ).
Q = v × A

コンピューター62は、等圧面に関して決定される流量に基づいて等圧面に対してフィルター特性に関する評価値を決定することができる。一般的には、流路径の大きい流路に流れるガス量は大きく、流路径が小さい流路に流れるガス量は小さい。しかし、複雑に流路が形成された多孔体10においては、この関係が必ずしも成立しない。流量に基づいて評価値を決定することにより、流路の使われ方を定量的に評価することができる。例えば、流量が大きい等圧面に対して付与される評価値は低い。流量が小さい等圧面に対して付与される評価値は高い。評価値の分布を求めることによりフィルター用途における多孔体の性能を検討又は評価することができる。 The computer 62 can determine the evaluation value regarding the filter characteristics for the isobaric surface based on the flow rate determined for the isobaric surface. Generally, the amount of gas flowing in a flow path having a large flow path diameter is large, and the amount of gas flowing in a flow path having a small flow path diameter is small. However, this relationship does not always hold in the porous body 10 in which the flow path is formed in a complicated manner. By determining the evaluation value based on the flow rate, it is possible to quantitatively evaluate how the flow path is used. For example, the evaluation value given to an isobaric surface having a large flow rate is low. The evaluation value given to the isobaric surface with a small flow rate is high. By obtaining the distribution of the evaluation values, the performance of the porous body in the filter application can be examined or evaluated.

[実施例]
セラミックスフィルター用のSiC製のセグメントの多孔質の隔壁についてX線CTで構造データを生成した。構造データが示す多孔体のある断面についてコンピューターによる画像解析により気孔率を算出した。具体的には、2値化処理によりセラミックス部と気孔を区別した。次に、ある断面における気孔の気孔率を画像解析により求めた。この気孔率は、有効気孔と無効気孔を区別しないものである。この処理を多孔体の流入面から流出面に向かう方向における多数の断面について連続的に行った。図14のM1は、無効気孔の割合を示し、M2は、有効気孔の割合を示し、M3は、セラミックス部の割合を示す。
[Example]
Structural data was generated by X-ray CT for the porous septa of the SiC segment for the ceramic filter. The porosity was calculated by computer image analysis for a cross section of the porous body shown in the structural data. Specifically, the ceramic part and the pores were distinguished by the binarization treatment. Next, the porosity of the pores in a certain cross section was determined by image analysis. This porosity does not distinguish between effective and ineffective pores. This treatment was continuously performed on a large number of cross sections in the direction from the inflow surface to the outflow surface of the porous body. M1 in FIG. 14 indicates the ratio of ineffective pores, M2 indicates the ratio of effective pores, and M3 indicates the ratio of the ceramic portion.

上述の構造データに基づいて構造データが示す多孔体について格子ボルツマン法による流体解析を行い、格子点毎の圧力値を算出した。この圧力値の勾配に基づいて、端的には、圧力値の勾配に沿って配列される複数の等圧面に基づいて有効流路を特定した。構造データが示す多孔体のある断面についてコンピューターによる画像解析により有効流路の気孔率を算出した。この処理を多孔体の流入面から流出面に向かう方向における多数の断面について行った。図14の黒色四角形は、算出された有効気孔の気孔率の変化を示す。有効気孔の気孔率は、予想よりも低いものと言える。 Based on the above structural data, the porous body shown by the structural data was subjected to fluid analysis by the lattice Boltzmann method, and the pressure value for each lattice point was calculated. Based on this pressure value gradient, the effective flow path was simply identified based on a plurality of isobaric surfaces arranged along the pressure value gradient. The porosity of the effective flow path was calculated by image analysis with a computer for the cross section of the porous body shown in the structural data. This treatment was performed on a large number of cross sections in the direction from the inflow surface to the outflow surface of the porous body. The black square in FIG. 14 shows the calculated change in the porosity of the effective pores. It can be said that the porosity of the effective pores is lower than expected.

上述の教示を踏まえ、当業者は、各実施形態に対して様々な変更を加えることができる。 Based on the above teachings, one of ordinary skill in the art can make various changes to each embodiment.

10 多孔体
10a 流入面
10b 流出面
61 X線CT装置
62 コンピューター
80 セグメント
90 セラミックスフィルター
10 Porous body 10a Inflow surface 10b Outflow surface 61 X-ray CT device 62 Computer 80 Segment 90 Ceramics filter

Claims (20)

流入面と流出面を有するべき多孔体の3次元構造を示す構造データに基づいて前記多孔体について流体解析を行い、少なくとも前記多孔体に含まれる流路における流体の圧力分布を示すデータを生成する工程と、
前記流路における前記流体の流れ方向に沿って生じる圧力値の勾配に基づいて前記流入面から前記流出面に前記流体を流す有効流路を特定する工程を含む、方法。
A fluid analysis is performed on the porous body based on the structural data showing the three-dimensional structure of the porous body having an inflow surface and an outflow surface, and at least data showing the pressure distribution of the fluid in the flow path contained in the porous body is generated. Process and
A method comprising the step of identifying an effective flow path for flowing the fluid from the inflow surface to the outflow surface based on a gradient of a pressure value generated along the flow direction of the fluid in the flow path.
前記有効流路は、前記流路における前記流体の流れ方向に沿って異なる圧力値を有する複数の等圧面に基づいて特定される、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the effective flow path is specified based on a plurality of isobaric surfaces having different pressure values along the flow direction of the fluid in the flow path. 前記等圧面に基づいて前記有効流路の断面積が決定される、請求項2に記載の方法。 The method according to claim 2, wherein the cross-sectional area of the effective flow path is determined based on the isobaric surface. 前記等圧面に基づいて前記有効流路の容積が決定される、請求項2又は3に記載の方法。 The method according to claim 2 or 3, wherein the volume of the effective flow path is determined based on the isobaric surface. 前記有効流路の部分容積は、少なくとも、前記流体の流れ方向における第1等圧面と第2等圧面の離間距離と、前記第1及び/又は第2等圧面の面積に基づいて決定される、請求項2乃至4のいずれか一項に記載の方法。 The partial volume of the effective flow path is determined at least based on the separation distance between the first isobaric surface and the second isobaric surface in the flow direction of the fluid and the area of the first and / or second isobaric surface. The method according to any one of claims 2 to 4. 前記多孔体のある断面に含まれる気孔の個別の断面積の合計値に対する前記多孔体の前記断面における前記有効流路の個別の断面積の合計値の比を決定する工程を更に含む、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の方法。 The claim further comprises a step of determining the ratio of the total value of the individual cross-sectional areas of the effective flow path in the cross section of the porous body to the total value of the individual cross-sectional areas of the pores contained in the cross section of the porous body. The method according to any one of 1 to 5. 前記多孔体に含まれる気孔の合計容積に対する前記有効流路の容積の比を決定する工程を更に含む、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 6, further comprising a step of determining the ratio of the volume of the effective flow path to the total volume of pores contained in the porous body. 前記多孔体のある断面における気孔及びセラミックス部の両方の断面積の合計値に対する前記多孔体の前記断面に含まれる前記有効流路の断面積の合計値の比を決定する工程を更に含む、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の方法。 A claim further comprising determining the ratio of the total cross-sectional area of the effective flow path contained in the cross section of the porous body to the total cross-sectional area of both the pores and the ceramics portion in a cross section of the porous body. Item 2. The method according to any one of Items 1 to 7. 前記多孔体の体積に対する前記有効流路の容積の比を決定する工程を更に含む、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 8, further comprising a step of determining the ratio of the volume of the effective flow path to the volume of the porous body. 前記等圧面の面積と周囲長に基づいて前記等圧面の等価直径を決定する工程を更に含む、請求項2に記載の方法。 The method according to claim 2, further comprising a step of determining an equivalent diameter of the isobaric surface based on the area of the isobaric surface and the peripheral length. 前記等価直径の分布を決定する工程を更に含む、請求項10に記載の方法。 10. The method of claim 10, further comprising the step of determining the distribution of equivalent diameters. 同一又は同一範囲内の等価直径の前記等圧面の個数の分布を決定する工程を更に含む、請求項10又は11に記載の方法。 10. The method of claim 10 or 11, further comprising determining the distribution of the number of isobaric surfaces of equivalent diameter within the same or range. 前記データは、前記流路に流れる流体の流速分布も示し、
前記有効流路において前記流体の流れ方向に交差する態様で等しい圧力値が分布した等圧面の面積と前記データが示す流速に基づいて単位時間に前記等圧面を通過する前記流体の流量を決定する工程を更に含む、請求項1乃至12のいずれか一項に記載の方法。
The data also show the flow velocity distribution of the fluid flowing through the flow path.
The flow rate of the fluid passing through the isobaric surface in a unit time is determined based on the area of the isobaric surface in which equal pressure values are distributed in the effective flow path intersecting the flow direction of the fluid and the flow velocity indicated by the data. The method according to any one of claims 1 to 12, further comprising a step.
各等圧面に関して決定される前記流量の合算に基づいて前記多孔体に含まれる一部又は全ての有効流路に流れる流量を決定する工程を更に含む、請求項13に記載の方法。 13. The method of claim 13, further comprising determining the flow rate flowing through some or all of the effective flow paths contained in the porous body based on the sum of the flow rates determined for each isobaric surface. 前記等圧面に関して決定される前記流量に基づいて前記等圧面に対してフィルター特性に関する評価値を決定する工程を更に含む、請求項13又は14に記載の方法。 13. The method of claim 13 or 14, further comprising determining an evaluation value for filter characteristics for the isobaric surface based on the flow rate determined for the isobaric surface. 前記構造データは、デジタル値を有するボクセルの3次元集合である、請求項1乃至15のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 15, wherein the structural data is a three-dimensional set of voxels having digital values. 前記構造データに対して格子点を設定する工程を更に含み、
前記流路における前記流体の流れ方向に沿って異なる圧力値を有する等圧面の離間距離は、前記構造データにおける格子間隔未満である離間距離を含む、請求項1乃至16のいずれか一項に記載の方法。
Further including a step of setting grid points for the structural data,
13. the method of.
流入面と流出面を有するべき多孔体の3次元構造を示す構造データに基づいて前記多孔体について流体解析を行い、少なくとも前記多孔体に含まれる流路における流体の圧力分布を示すデータを生成し、
前記流路における前記流体の流れ方向に沿って生じる圧力値の勾配に基づいて前記流入面から前記流出面に前記流体を流す有効流路を特定するように構成された装置。
A fluid analysis is performed on the porous body based on the structural data showing the three-dimensional structure of the porous body that should have an inflow surface and an outflow surface, and at least data showing the pressure distribution of the fluid in the flow path contained in the porous body is generated. ,
A device configured to identify an effective flow path for flowing the fluid from the inflow surface to the outflow surface based on the gradient of the pressure value generated along the flow direction of the fluid in the flow path.
流入面と流出面を有するべき多孔体の3次元構造を示す構造データに基づいて前記多孔体について流体解析を行い、少なくとも前記多孔体に含まれる流路における流体の圧力分布を示すデータを生成する工程と、
前記流路における前記流体の流動を示さない所定範囲内の圧力値の集合に基づいて、前記流入面から前記流出面に前記流体を流さない無効流路を特定する工程を含む、方法。
A fluid analysis is performed on the porous body based on the structural data showing the three-dimensional structure of the porous body having an inflow surface and an outflow surface, and at least data showing the pressure distribution of the fluid in the flow path contained in the porous body is generated. Process and
A method comprising the step of identifying an ineffective flow path that does not allow the fluid to flow from the inflow surface to the outflow surface based on a set of pressure values within a predetermined range that does not indicate the flow of the fluid in the flow path.
流入面と流出面を有するべき多孔体の3次元構造を示す構造データに基づいて前記多孔体について流体解析を行い、少なくとも前記多孔体に含まれる流路における流体の圧力分布を示すデータを生成し、
前記流路における前記流体の流動を示さない所定範囲内の圧力値の集合に基づいて、前記流入面から前記流出面に前記流体を流さない無効流路を特定するように構成された装置。
A fluid analysis is performed on the porous body based on the structural data showing the three-dimensional structure of the porous body that should have an inflow surface and an outflow surface, and at least data showing the pressure distribution of the fluid in the flow path contained in the porous body is generated. ,
An apparatus configured to identify an ineffective flow path that does not allow the fluid to flow from the inflow surface to the outflow surface, based on a set of pressure values within a predetermined range that does not indicate the flow of the fluid in the flow path.
JP2020515329A 2018-04-23 2018-04-23 Methods and equipment to identify valid or invalid channels Active JP7011051B2 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2018/016488 WO2019207629A1 (en) 2018-04-23 2018-04-23 Method and device for specifying valid or invalid flow path

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2019207629A1 JPWO2019207629A1 (en) 2021-07-15
JP7011051B2 true JP7011051B2 (en) 2022-01-26

Family

ID=68293515

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020515329A Active JP7011051B2 (en) 2018-04-23 2018-04-23 Methods and equipment to identify valid or invalid channels

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11422083B2 (en)
JP (1) JP7011051B2 (en)
CN (1) CN111742207B (en)
DE (1) DE112018007504B4 (en)
WO (1) WO2019207629A1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010138770A (en) 2008-12-10 2010-06-24 Denso Corp Ceramic filter, and its manufacturing method and evaluation method
JP2011079732A (en) 2009-09-11 2011-04-21 Ngk Insulators Ltd Pore continuity analyzer, method for producing porous body, pore continuity analyzing method, and program thereof
WO2013146498A1 (en) 2012-03-30 2013-10-03 日本碍子株式会社 Microstructure analysis method, program for same, and microstructure analysis device
JP2015193496A (en) 2014-03-31 2015-11-05 日本碍子株式会社 Method for analyzing micro-structure, program thereof, and micro-structure analyzer
JP2016199450A (en) 2015-04-14 2016-12-01 日本碍子株式会社 Fine structure analysis method of porous body, program and fine structure analyzer thereof

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6516080B1 (en) * 2000-04-05 2003-02-04 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Numerical method of estimating physical properties of three-dimensional porous media
TW200531732A (en) * 2002-09-19 2005-10-01 Johnson Matthey Japan Inc A fluid filter and filting apparatus using the same
WO2007094499A1 (en) * 2006-02-17 2007-08-23 Hitachi Metals, Ltd. Ceramic honeycomb filter and exhaust gas purifier
JP5272733B2 (en) * 2006-12-27 2013-08-28 日立金属株式会社 Ceramic honeycomb filter and manufacturing method thereof
JP2010224653A (en) * 2009-03-19 2010-10-07 Toyota Central R&D Labs Inc Fluid analysis method, fluid analysis apparatus, and fluid analysis program
JP2010250368A (en) * 2009-04-10 2010-11-04 Toyota Motor Corp Porous body bending degree computing method for calculating bending degree of communicating hole formed in porous body, and program for performing the same method by computer
JP5669583B2 (en) * 2009-09-30 2015-02-12 株式会社堀場エステック Flow rate calculation system, integrated gas panel device and base plate
CN103109157A (en) * 2010-09-24 2013-05-15 住友化学株式会社 Method and apparatus for inspecting honeycomb structure
JP5964564B2 (en) 2011-09-05 2016-08-03 日本碍子株式会社 Wall flow type exhaust gas purification filter
US20130262028A1 (en) * 2012-03-30 2013-10-03 Ingrain, Inc. Efficient Method For Selecting Representative Elementary Volume In Digital Representations Of Porous Media
JP6502133B2 (en) * 2014-03-28 2019-04-17 日本碍子株式会社 Porous body, honeycomb filter, method of manufacturing porous body, and method of manufacturing honeycomb filter
KR101525512B1 (en) * 2014-06-27 2015-06-04 연세대학교 산학협력단 Method for simulating clogging of porous material and apparatus and method for evaluating permeability of porous material using the same
CN104331579A (en) * 2014-11-19 2015-02-04 中国石油大学(华东) Simulation method of low-permeability reservoir crude oil boundary layer
JP2016175045A (en) 2015-03-20 2016-10-06 日本碍子株式会社 Plugged honeycomb structure
FR3036626B1 (en) * 2015-05-29 2019-12-20 Technologies Avancees Et Membranes Industrielles SEPARATION ELEMENT WITH A THREE-DIMENSIONAL CIRCULATION NETWORK FOR THE FLUID MEDIUM TO BE TREATED
CN106716114B (en) * 2015-09-11 2020-06-09 数岩科技(厦门)股份有限公司 Porous media analysis systems and methods
JP6715647B2 (en) * 2016-03-31 2020-07-01 日本碍子株式会社 Microstructure analysis method, its program, and microstructure analysis device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010138770A (en) 2008-12-10 2010-06-24 Denso Corp Ceramic filter, and its manufacturing method and evaluation method
JP2011079732A (en) 2009-09-11 2011-04-21 Ngk Insulators Ltd Pore continuity analyzer, method for producing porous body, pore continuity analyzing method, and program thereof
WO2013146498A1 (en) 2012-03-30 2013-10-03 日本碍子株式会社 Microstructure analysis method, program for same, and microstructure analysis device
JP2015193496A (en) 2014-03-31 2015-11-05 日本碍子株式会社 Method for analyzing micro-structure, program thereof, and micro-structure analyzer
JP2016199450A (en) 2015-04-14 2016-12-01 日本碍子株式会社 Fine structure analysis method of porous body, program and fine structure analyzer thereof

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
RERNSDORF Jorg 他,格子ボルツマン法の化学工学/医療物理への応用,計算工学,日本,日本計算工学会,2009年,Vol.14,No.3,2124-2129頁
YAMAMOTO Kazuhiro et al.,SIMULATION OF FLOW AND HEAT TRANSFER IN DIESEL PARTICULATE FILTER,2008 Second International Conference on Thermal Issues in Emerging Technologies,2008年12月17日,pp.231-236
越智 文洋 他,すすの堆積を考慮した多孔体内の流れ解析,ながれ,2005年,Vol.24,535-541頁

Also Published As

Publication number Publication date
DE112018007504B4 (en) 2022-09-15
US20210010923A1 (en) 2021-01-14
CN111742207A (en) 2020-10-02
JPWO2019207629A1 (en) 2021-07-15
DE112018007504T5 (en) 2021-01-07
CN111742207B (en) 2023-10-17
WO2019207629A1 (en) 2019-10-31
US11422083B2 (en) 2022-08-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kočí et al. 3D reconstruction and pore-scale modeling of coated catalytic filters for automotive exhaust gas aftertreatment
Václavík et al. Structure characterisation of catalytic particulate filters for automotive exhaust gas aftertreatment
Greiner et al. Tomography based simulation of reactive flow at the micro-scale: Particulate filters with wall integrated catalyst
EP2927673B1 (en) Microstructure analysis method, program for same, and microstructure analysis apparatus
EP2832417A1 (en) Porous body, honeycomb filter and manufacturing method for porous body
EP2669667B1 (en) Microstructure analysis method, program for same, and microstructure analysis device
US11048836B2 (en) Method for producing porous body
JP2016175045A (en) Plugged honeycomb structure
Leskovjan et al. Multiscale modeling and analysis of pressure drop contributions in catalytic filters
JP7011051B2 (en) Methods and equipment to identify valid or invalid channels
JP2020163258A (en) Ceramic filter and manufacturing method thereof
Watling A one-dimensional model for square and octo-square asymmetric particulate filters with correct description of the channel and wall geometry
US11273404B2 (en) Porous composite
Vlachos et al. Digital materials methods for DPF development
Watling Geometric description of the soot cake in a one-dimensional model of an octo-square asymmetric particulate filter
Wu et al. A Simulation Study on Particle Motion in Diesel Particulate Filter Based on Microcosmic Channel Model
JP6396240B2 (en) Erosion evaluation method for honeycomb structure
Jones X-Ray Microscopy of Particulate Matter in Automotive Filters
KR20180124343A (en) Multi-layer type gpf(gasoline particulate filer) and method for manufacturing of the gpf, exhaust gas treatment system for gasoline engine having the gpf, and method for judging of distribution of pore in the gpf
Václavík et al. Charakterizace struktury katalytických filtrů pevných částic pro čištění výfukových plynů
CN114673578A (en) Honeycomb filter

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210120

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20211221

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220113

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7011051

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150